手势识别百家争鸣 Project Soli输入方式更多变

2015-06-16 12:37:27来源: Digitimes 关键字:手势识别  Project  Soli
    物联网(IoT)时代的来临,对人机互动又带来了新的挑战,传统上形态单一的运算装置被尺寸、形状、适用情境更多元的装置所取代,不仅过去的键盘、滑鼠所能着力之处与日具减,手势识别也进入了新的领域。
 
在Google I/O 2015中,Google ATAP实验室展示了可以隔空辨识各种装置的Project Soli雷达芯片,操作者只要使用不同的手势,就可以对装置下达不同的指令。Project Soli虽然仅是雏型,但大小已经可以微缩至5x5公厘,不但能够感应动态手势,也可以侦测小至手指的灵巧动作,而这正是物联网时代所需。
 
更多form factor不再制式 输入方式更多变
 
过去数十年来,当人们提到运算装置时,想到的是大如桌面的桌上型电脑,虽然笔记型电脑以及移动装置兴起,但装置型态仍旧有限,因此存在已久的键盘、滑鼠,以及近年逐渐普及的触控荧幕及2D手势识别仍足敷人类所需。
 
不过穿戴式装置以及物联网的兴起,意味着运算装置的型态、外观种类将快速成长,Apple Watch等智能型手表的问世迫使人们不得不面临一个新的问题,触控面板还能走到何时?人机之间需要更多元的输入方式。
 
在这输出入方式多元的新时代中,手势/体感辨识将大有可为,物联网不仅让运算装置无所不在,另一方面也带动输入方法演进,人们对键盘、滑鼠及触控面板的依赖将降低,3D手势识别不仅将更为普及,对人类肢体动作的辨识也不得不更加精确。
 
除此之外,无所不在的运算装置也将迫使人们思考,如何设计出更加不受距离、空间所限制的手势识别甚至是全身性的体感辨识,最后让输入更为直觉、自然,更符合人类原有的人际沟通。
 
3D手势识别雨后春笋却各有限制
 
为了因应外观及情境各异的运算装置,学界及业界正在思考,什么样的3D手势识别技术才是人们所需?这背后涉及复杂考量,如装置尺寸、耗电量、操作距离、障碍物以及手势装置的可嵌入性等等
 
举例来说,在小小的Apple Watch上使用触控操作就是一件不方便的事情,而目前3D手势识别主要靠CMOS镜头建立3D深度影像,这类技术不仅必须局限在特定空间,且易受肤色、光线、湿度及障碍物等影响。
 
另外,如果没有外接电源,以3D影像为基础的手势识别对电池也是一大负担,这点从三星电子(Samsung Electronics)的Air Gesture应用在手机上实用性不高可见一斑;同时,物联网时代下的许多智能装置相较于电脑及手机成本较低,运算能力较弱,尺寸也较小,难以嵌入手势感应装置。
 
另一方面,由于智能装置的多元,不以镜头为基础的3D手势感应技术也开始发展,有利用红外线的如三星Air Gesture、利用电场感应的如Microchip的GestIC以及exceet、采手套或腕带等穿戴式装置形式的如Thalmic Labs的Myo。
 
仅能在电场板上方数十公分使用的GestIC,虽然有成本较低的优点,但却高度受限于特定距离及空间;而Thalmic Labs的Myo,则必须使用安装有感测器的专属辨识装置,在智能家庭的使用有其不便性。
 
何以Project Soli优于其他手势识别?
 
既然3D手势识别技术各有限制,那Project Soli又能否在物联网时代中以及在3D手势识别技术中脱颖而出?
 
除了前述以CMOS感测及红外线等为基础的主流3D手势识别外,而目前仍在开发中、但优点甚多的是,以超音波及无线电波为基础的3D手势识别。其以都卜勒效应为理论基础,利用无线电波/音波来源与观察者/反射物体距离改变时、频率也会跟着改变的方式侦测人体的不同位置及动作变化。
 
Project Soli就是一例,同样在利用这个理论开发手势识别技术的还包括与华盛顿大学投入研究的微软(Microsoft),而华盛顿大学另外在从事以Wi-Fi为基础的手势识别技术。
 
对于以都卜勒效应开发3D手势识别,Google相当乐观。以Project Soli为例,它只是一颗比一圆硬币还小的雷达芯片,可以嵌入到绝大多数的装置,耗电量低、成本也低,60赫兹的频率足以侦测到更精确的动作,而且适用距离介于5公分~5公尺之间,足以适用智能家庭。
 
另据Google介绍,Project Soli利用60Ghz的波段发射波长5厘米的无线电波,并以每秒5,000个frame的频率取样,可以确实掌握最细腻的动作变化。
 
Project Soli创始人Ivan Poupyrev表示,雷达拥有其他技术不及之处,雷达不受障碍物影响、可以嵌入至物体中,可以提供精准辨识功能,重要的是,一个完整的雷达可以浓缩到一个小小的芯片之中。
 
运算装置无所不在 手势识别也将无孔不入
 
物联网时代正在推翻过去我们对3D手势识别的思考,反过来说,3D手势识别也可望随着物联网的成长而亦步步趋,而且也可能不会局限于物联网或智能家庭的应用,例如同样存在无穷应用潜力的无人机,也许有朝一日也会导入3D手势识别。
 
在运算装置从PC走到移动走到无所不在,大小规格更不受拘束后,3D手势操控的应用领域也将从主要的游戏领域快速扩散至消费、零售、制造、医疗、娱乐、国防等各种领域。
 
不仅是智能运算装置的成长带动3D手势识别的更多元需求,3D手势识别技术的发展也会回过头来挑战人们对各种运算装置的既有想像,使物联网时代下的各种装置更能满足人们对人机互动时的需求,也更能合乎人类自然的沟通方式。
 
360°:Project SoliProject Soli是Google正在研发中能使用在最小的可穿戴设备上的一种感应器。能即时精确的侦测人体的手部运动(如同Leap Motion滑鼠具有手势追踪功能)。与大部分类似的控制器不同的是,它使用镶嵌在芯片内的雷达,而非摄影机进行手势追踪。
Google的Advanced Technology and Projects(ATAP)基本了解到手是与电子装置互动的最好工具。人类的手指头能做出非常精细的动作,手指能既快速且即时传输这些动作指令,而Project Soli就是利用这点来达到目标。
 
Project Soli的发明者Ivan Poupyrev认为,Project Soli能侦测到非常精细的动作,而非只像大部分的手势追踪器一样,只能侦测大范围的运动。将取代现有的互动介面装置,让使用者使用手势追踪的可穿戴设备时无须接触任何控制器。
 
Project Soli可望将科幻电影中常见的隔空操作电子设备剧情转为现实。研究团队指出,雷达过去运用在许多领域,包括汽车、飞机、卫星等,Project Soli 则使用雷达技术追踪人类手势所制造的细微动作,转换为下达电子设备的各种指令。
 
Google透过模拟影片展 Project Soli未来的可能成果雏型,其技术令人惊艳。操作者只需做出不同的手势,即可对应到相异的指令。
 
举例而言,运用拇指与中指按压,可以视为按下虚拟开关的动作;拇指与食指在指间处平移,可视为转动音量大小形式的旋钮开关;拳眼朝上,以拇指放置于食指一、二节指结侧边处前、后、左、右平移,可视为移动一虚拟平面位置。
 
Project Soli不只能应用在可穿戴装置上,亦具有运用在所有装置的潜力。因为前者通常拥有较小的控制装备,同时能运用功能也较多,是目前Project Soli最佳的施用对象。
 
Google的ATAP计划适时为Project Soli释出一个应用程式介面(API)给程式开发者,如此能协助创建一些具有优势的应用程以及硬体设备。预期在不久的将来,使用者要控制智能手机、穿戴装置时,只要隔空做手势即可。

关键字:手势识别  Project  Soli

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2015/0616/article_42984.html
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